Введение: порошковые краски — нулевой уровень ЛОС — экологическая «белая революция» со 100% сухим остатком
Порошковые краски — без растворителей, без воды, без ЛОС — представляют собой порошки термореактивных смол — наносятся электростатическим распылением или погружением в кипящий слой — при нагреве расплавляются → растекаются → сшиваются и отверждаются — 100% твердотельные краски с нулевым содержанием ЛОС, образующие пленку. Мировой годовой объем производства порошковых красок составляет около 3 млн тонн (годовой рост >5%) — доля в рынке промышленных покрытий >15% — Китай является крупнейшим в мире производителем порошковых красок (доля >60%) — экологические нормы (ограничения по ЛОС) являются ключевым драйвером спроса на порошковые краски. Единственный недостаток порошковых красок — температура отверждения >160–200°C — не подходят для термочувствительных подложек (древесина/пластик) — низкотемпературные порошки (>120–150°C) являются текущим приоритетом НИОКР — позволят применять порошковые краски также для МДФ (древесноволокнистых плит средней плотности) и пластика — существенно расширят область применения.
Порошковая краска представляет собой сухую смесь из твердой смолы (эпоксидной/полиэфирной), отвердителя (дициандиамида/TGIC/HAA), пигментов и наполнителей и вспомогательных веществ — изготавливаемую в четыре этапа: предварительное смешивание → расплавление и экструзия (ключевой этап диспергирования) → охлаждение и прессование в плитки → измельчение (размер частиц D50≈30-50 мкм) — при нанесении она электростатически осаждается или наносится методом окунания на поверхность подложки — затем запекается при >160-200°C — расплавляется, растекается и сшивается с отверждением — образуя покрытие — без какого-либо жидкого растворителя — 100% твердого содержания — наиболее экологичная система покрытий.
I. Химия и свойства четырёх основных систем порошковых красок
| Система | Смола/отвердитель | Температура отверждения (°C)/время (мин) | Атмосферостойкость | Антикоррозия | Стабильность при хранении | Риск TGIC | Типичное применение |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Чистый эпоксид | Эпоксид E-12 + дициандиамид | 180-200/15-20 | Низкая (в помещении) | Наилучшая | Отличная >12 мес | Нет | Антикоррозия труб/внутренняя поверхность резервуаров |
| Эпоксид/полиэфирная смесь (50/50) | Эпоксид E-12 + полиэфир + дициандиамид | 160-180/15 | Средняя | Хорошая | Хорошая | Нет | Мебель для помещений/стеллажи/общего назначения |
| Полиэфир/TGIC | Полиэфир + TGIC (93:7) | 180-200/10-15 | Наилучшая (наружная >5 лет) | Средняя-хорошая | Хорошая | TGIC вызывает сенсибилизацию (кожа/вдыхание) — ограничение ЕС с 2017 | Алюминиевые профили для строительства/наружные блоки кондиционеров |
| Полиэфир/HAA | Полиэфир + HAA (гидроксиалкиламид) | 170-190/10-15 | Хорошая (близко к TGIC) | Средняя (немного слабее TGIC) | Средняя (HAA гигроскопичен) | Нет — предпочтительная экологичная замена TGIC | Алюминиевые профили для строительства/наружные сооружения |
Часто задаваемые вопросы
Q1: Расплавная экструзия — почему это самый критический этап диспергирования порошковых красок?
Экструдер (двухшнековый) при >90–120°C расплавляет твердую смолу — частицы пигмента под сдвиговым усилием шнека измельчаются и диспергируются в расплавленной смоле — смола как жидкий мост перемешивает пигмент и обеспечивает физико-механическое диспергирование внутри экструдера. Температура — ключевой параметр — должна контролироваться в диапазоне 90–120°C (немного выше температуры размягчения/плавления смолы). Выше 120°C — смола начинает преждевременно сшиваться (дициандиамид/TGIC при >120°C начинают реагировать со смолой) — в экструдере происходит предварительное сшивание — что приводит к: (а) закупорке экструдера; (б) ухудшению растекания порошка после отверждения (агломерация внутри частиц); (в) снижению стабильности при хранении. Поэтому 90–120°C ±3°C — это температурное окно экструзии для каждой рецептуры — это самое важное знание в технологии порошковых красок.
Q2: Размер частиц порошка — почему D50=30-50 мкм является оптимальным балансом?
Мелкий порошок (70 мкм) требует более толстого расплавленного слоя для растекания — плохая растекаемость — образование апельсиновой корки. D50=30-50 мкм — крупные частицы обеспечивают плавный поток через сопло и скорость осаждения — мелкие частицы заполняют пустоты между крупными — делают тонкий расплавленный слой равномерно растекающимся — при этом не забивают пистолет — это промышленное золотое среднее значение. С помощью точной классификации на мельнице ACM можно достичь этой цели контроля зернистости.
Q3: Споры о влиянии TGIC на здоровье — почему его заменяет HAA?
TGIC (триглицидилизоцианурат) — самый классический отвердитель для полиэфирных порошковых красок — обладает отличной атмосферостойкостью — но признан сенсибилизатором при контакте с кожей и при вдыхании — с 2017 года в ЕС введены строгие ограничения (только промышленное применение / работники обязаны использовать СИЗ) — что стимулировало отрасль к полному переходу на HAA (β-гидроксиалкиламид). Химия отверждения HAA отличается от TGIC (группы -OH в HAA реагируют с -COOH полиэфира — а не с эпоксидными группами, как в TGIC) — атмосферостойкость близка к TGIC (немного ниже) — но коррозионная стойкость несколько слабее — и хуже стабильность при хранении (HAA слегка поглощает влагу). Побочный продукт отверждения HAA — вода — на толстых покрытиях (>120 мкм) из-за выхода паров воды могут появляться игольчатые поры — требуется использование дегазирующей добавки. Переход TGIC → HAA — крупнейшее технологическое обновление в отрасли порошковых красок за последнее десятилетие — движимое заботой о здоровье — необратимое.
Q4: Порошок с низкотемпературным отверждением — как снизить температуру отверждения с 200°C до 120°C?
Традиционная температура отверждения порошка губительна для термочувствительных основ — (дерево/МДФ/пластик). Ключевые технологии низкотемпературного порошка: (1) Высокоактивный отвердитель — например, ускоренный дициандиамид (вместо дициандиамида/имидазольный ускоритель) или новый изоцианатный отвердитель — снижает энергию активации реакции — отверждение возможно при 120-150°C; (2) UV-порошок — вместо термоотверждения используется UV-инициирование — расплавление при >90-120°C — отверждение за 50%. Низкотемпературный порошок — главное направление роста в ближайшие пять лет — расширит применение порошковых красок с металлических основ на мебель из МДФ и пластиковые автокомпоненты — емкость рынка удвоится.
См. также / Похожие материалы
Резюме
Четыре основные системы порошковых красок — чисто эпоксидная (наилучшая антикоррозийная защита), эпоксидно-полиэфирная смесь (универсальный баланс), полиэфирная TGIC (лучшая атмосферостойкость — риск для здоровья — заменяется на HAA) и полиэфирная HAA (экологичная альтернатива) — нулевой VOC — температура экструзии 90–120 °C является ключом процесса — размер частиц D50 30–50 мкм обеспечивает оптимальный баланс растекания и текучести. Переход TGIC → HAA и низкотемпературные порошки (120–150 °C) — два главных тренда отрасли. Kexin New Materials предоставляет поддержку по множеству рецептур порошков и технологиям экструзии — полные рецептуры и полный процесс — зеленое безрастворительное окрашивание — готовим будущее.